Processi e gestione qualità

Processi e gestione della

qualità nell’industria

alimentare

UNIPR III° anno

A.A. 2018/2019

Corso: Scienze e Tecnologie Alimentari

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

LA WATER ACTIVITY 3

La tecnica degli ostacoli 7

TECNOLOGIA DELLA PASTA 9

Carboidrati 11

Proteine 12

Lipidi 12

Minerali e vitamine 13

La conservazione dei cereali e la produzione degli sfarinati 13

La produzione degli sfarinati (molitura) 14

Requisiti legali e tecnologici delle semole 16

L’impasto ed il glutine 17

Reologia degli impasti 17

La pastificazione 21

TECNOLOGIA DELLE PASTE FRESCHE 25

ENOLOGIA 28

La vinificazione in rosso 30

La vinificazione in bianco 32

Modificazione della composizione del mosto 34

Sfecciatura o defecazione 35

Vini novelli 36

Stabilizzazione ed imbottigliamento dei vini 39

Invecchiamento 41

CENNI DI TECNOLOGIE DELLE CONSERVE VEGETALI 43

CENNI DI TECNOLOGIA DI PRODUZIONE DI CONSERVE DI POMODORO 54

IGIENE E SANIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI ALIMENTARI 58

Procedure di pulizia e sanificazione 58

Lavaggi CIP 59 2

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

PROCESSI E GESTIONE DELLA

QUALITA’ NELL’INDUSTRIA

ALIMENTARE

LA WATER ACTIVITY

L’attività dell’acqua di un alimento è un indice qualitativo dell’acqua ed indica il rapporto tra la

tensione di vapore dell’acqua presente nell’alimento e la tensione di vapore dell’acqua pura.

a = p/p

w o

L’attività dell’acqua è la misura dello stato energetico dell’acqua in un sistema. L’effetto colligativo

delle specie dissolte (sale o zucchero) interagisce con l’acqua mediante legami dipolo-dipolo,

ionici e ad idrogeno. L’effetto della capillarità, dei legami ad idrogeno tra le diverse molecole di

acqua, l’interazione superficiale con gruppi chimici di molecole non dissolte (es: amido o proteine)

attraverso forze dipolo-dipolo, legami ionici e forze di Van Der Waals. È la combinazione di questi

differenti fattori nei prodotti alimentari a ridurre l’energia dell’acqua e a ridurre l’umidità relativa

comparata con l’acqua pura.

L’attività dell’acqua è molto importante, in quanto è uno dei principali fattori critici determinanti la

qualità e la sicurezza di un alimento.

L’attività dell’acqua influisce la shelf life, la sicurezza, la texture, il flavor e l’odore degli alimenti.

Mentre la temperatura, il pH e altri diversi fattori possono influenzare il “se” ed il “quanto

velocemente” gli organismi si possono sviluppare in un prodotto, l’attività dell’acqua può essere il

più importante fattore per il controllo della stabilità. La maggior parte dei batteri, ad esempio,

non crescono ad attività dell’acqua che presenta valori inferiori a 0.91, e la maggior parte delle

muffe cessano di svilupparsi a valori inferiori a 0,80.

Misurando l’attività dell’acqua, è possibile predire quali microorganismi potranno o potrebbero

essere o meno fonte di alterazione o pericolo in un alimento.

L’attività dell’acqua (e non il contenuto in acqua), determina il più basso limite di acqua

disponibile alla crescita microbica. Inoltre ad influenzare lo sviluppo microbico, l’attività dell’acqua

può giocare un ruolo significativo nella determinazione dell’attività enzimatica e può avere un

elevato impatto sul colore, l’aroma ed il sapore degli alimenti.

L’umidità totale, invece, è un indice quantitativo ed indica il contenuto in acqua totale di un

alimento (quindi sia di acqua libera che di acqua legata).

La relazione tra umidità ed attività dell’acqua è data dall’isoterma di adsorbimento. Il rapporto

dell’attività dell’acqua che va da 0 ad 1, risente della composizione dell’alimento, quindi l’acqua

che va ad interagire con l’alimento sarà più o meno legata a seconda delle caratteristiche dei

componenti dell’alimento stesso.

Globalmente parlando, quindi, la formula dell’a definisce quanto sono intensi i legami che

w

l’acqua fa con i soluti presenti nell’alimento. I due estremi sono delimitati dal fatto che si ha un

alimento completamente anidro, e misurando la tensione di vapore dell’acqua di quell’alimento si

3

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

riscontrerà 0, viceversa se si prende

un alimento ideale “acqua distillata”,

si avrà un rapporto pari ad 1. Quando

si va a mettere in relazione il

contenuto in acqua con la variazione

dell’attività dell’acqua, in funzione

della composizione e della struttura

dell’alimento, l’acqua reagirà in modo

imprevedibile e tali relazioni daranno

origine a diversi valori di attività

dell’acqua in funzione della tipologia

dell’alimento. Quindi, non si può dire

in assoluto come cambia l’attività

dell’acqua in funzione dell’umidità,

ma occorre definire la zona o regione

alla quale si fa riferimento. Ad

esempio nella zona 1, si ha una

relazione di tipo “Y=X”, quindi

lineare a proporzionalità diretta. In

zona 2, si assiste invece ad un elevato aumento di attività dell’acqua per piccoli incrementi di

contenuto in acqua. In zona 3, invece, l’attività dell’acqua cambierà poco all’aumento di elevate

quantità di acqua.

L’isoterma è in relazione con diverse caratteristiche del prodotto, come ad esempio la friabilità o

la corccantezza. Ad esempio, un grissino appena prodotto, può rientrare in zona 1, ma in funzione

del tempo può assorbire umidità spostandosi rispettivamente i regione 2 e 3, perdendo di

conseguenza corccantezza: questo è correggibile andando a utilizzare packaging opportuni

impermeabili al vapore d’acqua.

Dato un alimento sconosciuto, è possibile quindi immaginare l’isoterma corrispondente in

funzione della composizione di tale alimento. Esistono manuali contenenti diverse isoterme

costruite da ricercatori per diversi alimenti: infatti, per costruire un’isoterma, occorrerebbe andare

a valutare la variazione in termini analitici dell’attività dell’acqua in funzione del contenuto in

acqua.

Ad esempio, a destra, è rappresentata

l’isoterma dei cornflakes. Questa isoterma è

stata costruita andando a far asciugare il

prodotto in una stufa, pesando il prodotto fino a

quando il peso diventa costante (ovvero fino a

quando l’acqua non evapora più) e quindi

l’acqua non è più presente. A questo punto si

hanno i cornflakes “secchi” e se ne misura

l’attività dell’acqua, che sarà più o meno zero. Il

cornflakes secco viene umidificato (con un

umidificatore, ad esempio), pesato, e viene

misurata l’attività dell’acqua. Tra la

nebulizzazione e la misurazione occorre far

trascorrere un tempo necessario per il

raggiungimento dell’equilibrio. Questo è l’unico

modo per riuscire ad avere in modo chiaro una isoterma di un prodotto. Basta cambiare un 4

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

minimo della composizione per far cambiare

anche più o meno sensibilmente l’isoterma.

Se si fa il contrario, ovvero se si umidifica

completamente il prodotto e si va a far

evaporare l’acqua misurando l’attività

dell’acqua, si noterebbe un Δ tra

l’assorbimento ed il desorbimento,

mantenendo quindi una sorta di

irreversibilità.

Una ulteriore considerazione da fare è la

seguente equivalenza:

a = P/Po = ERH(%)/100

w

Dal momento in cui un alimento, o più in

generale un materiale, è in equilibrio

termico e materiale con l’atmosfera

circostante, l’attività dell’acqua è equivalente

all’umidità relativa dell’ambiente su 100. L’attività dell’acqua è un rapporto tra tensioni di vapore

relative all’alimento, mentre l’umidità relativa (ERH) è il rapporto tra la quantità di acqua contenuta

nell’atmosfera rispetto alla quantità di acqua totale. Questa isoterma dimostra

la capacità di crescita dei

microorganismi e le

cinetiche delle reazioni al

variare dell’attività

dell’acqua dell’alimento.

L’abbassamento dell’aw è

possibile ottenerlo sia

togliendo acqua

(essicazione) sia

aggiungendo soluti (ad

esempio la salatura). Il

processo di produzione di

una marmellata consta di

fatto in diverse operazioni

di riduzione dell’attività

dell’acqua, raggiungibile

come goal mediante

l’utilizzo di calore, per

evaporazione, e per

aggiunta di soluti,

addizionando zucchero.

Sempre nel campo della frutta, è possibile diminuire ulteriormente l’attività dell’acqua senza

utilizzo di calore, aggiungendo solamente i soluti, come ad esempio accade con il processo di

canditura. 5

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

Qui sotto vengono riportate delle tabelle assolutamente indicative inerenti all’attività dell’acqua e

la stabilità microbiologica degli alimenti:

Minimal Aw for growth and toxin production by Microorganisms of public health concern

Microorganism Minimal a for Toxin Reference

w

Growth Toxin

production

Bacteria Baird-Parker and freame (1967)

Clostridium Botulinum 0.93 Type A Ohye and Christian (1967)

0.95 0.95 Type A Kautter at al. (1979)

0.94 Type A Baird-Parker and freame (1967)

0.93 Type B Ohye and Christian (1967)

0.94 0.94 Type B Kautter at al. (1979)

0.94 Type B Baird-Parker and freame (1967)

0.95 Type E Ohye and Christian (1967)

0.97 0.97 Type E Ohye et al. (1967)

0.95 Type E Emodi and lechowich (1969)

0.97 Type E Briozzo et al. (1986)

0.96 0.96 Type G Kim (1965)

Clostridium Perfringes 0.93-0.95 Kang et al. (1969)

0.95 Scott (1957)

Bacillus cereus 0.95 Jakobsen et al. (1972)

0.93 Raevuori and Genigeorgis (1975)

0.95 Scott (1957)

Staphylococcus aureus 0.86 Marshall et al. (1971)

0.86 Troller (1972)

< 0.90 Enterotoxin A Lotter and Leinstner (1978)

0.87 Enterotoxin A Troller (1971)

0.97 Enterotoxin B Notermans and Heuvelman (1983)

0.87

Molds Ayerst (1969

Aspergilluis flavus 0.78 Diener and Davis (1970)

0.84 Aflatoxin Nottholt et al (1977)

0.80 0.83-0.87 Aflatoxin Nottholt et al (1978)

A. Parasiticus 0.82 0.87 Aflatoxin Lotzsch and Trapper (1978)

0.82 6

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

La problematica dell’industria alimentare è inerente al controllo del valore di attività dell’acqua

nell’alimento. Generalmente il controllo dell’attività dell’acqua negli alimenti avviene mediante:

Raggiungimento dell’equilibrio con l’umidità relativa nota dell’atmosfera;

• Rimozione dell’acqua;

• Addizione di soluti (zuccheri, sale, alcoli poliidrati, glicole propilenico, …).

•

I metodi più classici per misurare l’attività dell’acqua sono:

Igrometri elettrici: consiste in un potenziometro, un vano per il campione ed un sensore con

• un elettrolita immobilizzato (es: cloruro di litio). I cambiamenti in ERH sono riflessi nel

cambiamento della conduttanza della corrente attraverso un sensore. È un sistema tipicamente

lento e richiede una calibrazione di routine con gli standard.

Misurazione del punto di rugiada: si usa uno specchio freddo con una superficie condensante.

• Lo specchio viene raffreddato, avviene la condensazione dell’acqua e la temperatura di

condensazione è indicativa del punto di rugiada. Il valore di ERH deriva dalle carte

psicometriche. È un metodo molto veloce e accurato ed inoltre non è richiesta una calibrazione.

La tecnica degli ostacoli

Questa tecnologia è un concetto che ha preso piede in molti prodotti, per la realizzazione di

prodotti stabili sicuri nutrienti e buoni. Implica e coinvolge la combinazione intelligente di diversi

fattori di conservazione o tecniche multi-target anche con trattamenti mild.

In pratica, tratta il raggiungimento della stabilità di un alimento con una combinazione di metodi

differenti (pH, temperatura, attività dell’acqua, concentrazione di sale, …). Questo viene

introdotto in contrasto all’utilizzo di un unico metodo di risanamento degli alimenti (tipicamente

sterilizzazione). Tuttavia, non tutti gli

alimenti si possono sottoporre a

sterilizzazione senza perdere

necessariamente qualità (ad esempio le

carni, gli affettati, prodotti a base di frutta o

comunque facilmente deperibili).

Oggigiorno, grazie all’aumento dei

contenuti di servizio degli alimenti, si

utilizzano tecniche combinate che riescono

a salvaguardare il più possibile

compatibilmente al tipo di prodotto

l’aspetto organolettico-sensoriale relativo

alla sicurezza. Giocando su una serie di

interventi calibrati, è possibile mantenere al

massimo le caratteristiche organolettiche e

controllare tutti gli eventi avversi

caratteristici di prodotti ad elevata attività

dell’acqua (prodotti deperibili). Ad

esempio, un’insalata di pesce è un

prodotto che per essere reso stabile viene

acidificato con acidi deboli (acidificazione 7

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

debole), viene confezionato in una vaschetta impermeabile all’ossigeno e viene sottoposto a

trattamenti blandi di pastorizzazione mirata a certi tipi di microorganismi; successivamente un

altro ostacolo imposto è la refrigerazione fino al consumo. In questo esempio sono stati applicati

quattro ostacoli. 8

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

TECNOLOGIA DELLA PASTA

Si parlerà di due tipologie di prodotti: le paste fresche e le paste secche. Questi due prodotti

hanno tecnologie produttive completamente differenti.

In questa tecnologia si parlerà di grano, in particolare di frumento che assieme a miglio, mais,

segale ed orzo sono alla base della dieta della popolazione mondiale. Si stima che le specie

commestibili di cereali e legumi siano circa 30.000: tra queste c’è stato un processo selettivo (non

OGM) per la selezione di cultivar più resistenti che ha fatto si che quelle specie siano oggi circa

poco meno di un migliaio.

Un aspetto di cui occorre tener conto è che si stima che dal 30 al 40% del prodotto coltivato

viene perso e deteriorato da agenti microbiologici e biotici. Fatto quindi 100 ciò che si coltiva,

quello che arriva sulle tavole delle persone è all’incirca il 60%. La mancanza di infrastrutture in

paesi in via di sviluppo capaci di mantenere e preservare l’integrità di questi prodotti essenziali

all’alimentazione delle persone è ciò che contribuisce a questa problematica. Questo dipende da

diversi fattori, dal livello di sviluppo di molte società e da come è stata impostata una politica di

aiuto da parte di molti paesi in via di sviluppo.

I cereali sono senza dubbio i vegetali più largamente coltivati al mondo: si stima che circa i due

terzi della superficie coltivabile sulla terra siano dedicati alla loro produzione. I prodotti della

trasformazione dei cereali costituiscono da sempre gli alimenti "di base" per l'uomo. I cereali

rappresentano infatti un'ottima fonte energetica, una discreta risorsa di proteine, vitamine e sali

minerali e possono essere trasformati in un'ampia gamma di prodotti, soddisfacendo le abitudini

e le tradizioni alimentari più diverse.

Il termine "cereali" definisce le piante afferenti alla famiglia delle Gramineae, coltivate per i loro

particolari frutti, botanicamente definiti “cariossidi", comunemente ma impropriamente chiamati

semi.

I principali cereali coltivati sono i seguenti: frumento, riso, mais, orzo, avena, segale, miglio e

sorgo.

La produzione cerealicola mondiale nel 1995 è stata globalmente di 1.900 milioni di tonnellate, di

cui il 25% è rappresentato dal frumento.

Questa disponibilità, se equamente suddivisa tra la popolazione mondiale, potrebbe essere

sufficiente a fornire circa 1 kg di cereali/procapite/die. Va tuttavia sottolineato che solo il 50%

circa della produzione totale viene utilizzato per alimentazione umana, mentre un terzo del

raccolto è destinato all'alimentazione animale e percentuali variabili vengono impiegate per altri

scopi; infine non va dimenticato che una quota considerevole di materiale viene purtroppo persa

per infestazioni di varia origine (microbiche, roditori, insetti, ecc.) o per condizioni di

conservazione non appropriate.

La cariosside dei cereali è un frutto il cui corpo fruttifero è tutt'uno con il seme, di piccole

dimensioni, variabili comunque a seconda della specie. La struttura anatomica della cariosside di

tutti i cereali è sostanzialmente simile. Si riconoscono infatti tre regioni principali, corrispondenti a:

Tegumenti (sia del frutto che del seme),

• L'embrione (comunemente definito germe),

• L’endosperma amilaceo o mandorla farinosa.

• 9

PROCESSI E GESTIONE DELLA QUALITA’

Ognuna di queste regioni è composta da

più strati e possiede un'organizzazione

strutturale ed una composizione chimica

diversa e specifica per meglio rispondere

alla propria funzione biologica. Una volta

stoccata al 12-13% di umidità relativa, la

cariosside, se conservata attorno ai

16-18°C possono avere una shelf life

lunghissima. Se la stessa cariosside è

esposta ad ambienti con umidità maggiori,

la